Antimadde hakkında bildiğimiz 95 yıl boyunca fizikçiler, sıradan maddenin anlaşılması zor tersinin, kütleleri Dünya’ya çeken ve klasik dünyadaki her şeyi etkiliyor gibi görünen kuvvet olan yerçekiminden nasıl etkilendiğini test etmediler.
Şimdi bir grup fizikçi var. CERN’deki Antihidrojen Lazer Fizik Aygıtı (ALPHA) işbirliğinin üyeleri, antihidrojenin (hidrojenin antimadde folyosu) bir kapta serbest düşüşünü doğrudan gözlemledi. Gözlemler, Einstein’ın genel görelilik teorisinde öne sürdüğü, bileşimlerine bakılmaksızın tüm kütlelerin yerçekimine aynı şekilde tepki verdiğini öne süren zayıf eşdeğerlik ilkesini doğruluyor. Ekibin araştırması şuydu: yayınlanan bugün Doğa.
ALPHA işbirliği üyesi ve Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley’de plazma fizikçisi olan Jonathan Wurtele, NSF’de “Birçok dolaylı ölçüm, yerçekiminin beklendiği gibi antimadde ile etkileşime girdiğini gösteriyor” dedi. serbest bırakmak“ancak bugünkü sonuca kadar hiç kimse, örneğin antihidrojenin yerçekimi alanında aşağı doğru hareket etmek yerine yukarıya doğru hareket ettiğini göz ardı edebilecek doğrudan bir gözlem yapmamıştı.”
Antimadde sanıldığı kadar kafa karıştırıcı değil. Birincisi, kütlesi var ama aynı zamanda evrendeki normal maddenin bolluğuyla karşılaştırıldığında yok olacak kadar nadir. Gizmodo olarak açıkladı 2021’de:
Antimadde bir nevi maddenin aynasıdır; aynı parçacıklar fakat zıt yüklere sahipler. Düzenli madde elektronları negatif yüke sahiptir; antimadde pozitronları pozitif yüklüdür. Sonra pozitif yüklü protonlarınız ve negatif yüklü antiprotonlarınız var, vb. Antimadde ve madde temas ettiğinde birbirini yok ediyor ama çok şükür CERN’de üretilen çok küçük miktarlar bizim için bir tehdit oluşturmuyor.
ETH Zürih’ten fizikçi Anna Soter, eşlik eden bir yazısında şöyle yazdı: “Modern fizikte eylemsizlik kütlesi, parçacık fiziğinin standart modelinde kodlanırken, yerçekimsel kütle, Einstein’ın genel görelilik teorisinde ele alınır.” Haberler ve Görünümler makalesi. “Eylemsizlik kütlesi ile yerçekimsel kütlenin varsayılan eşdeğerliği, genel göreliliğin temel taşı olan zayıf eşdeğerlik ilkesine dahil edilmiştir; ancak henüz hiçbir öneri teorileri birleştirmeyi başaramamıştır.”
Yer çekiminin antimadde üzerindeki kuvvetini test etme planları ilk olarak 2018’de yapıldı. Gizmodo o sırada bildirdiALPHA işbirliği, antihidrojen atomları için manyetik bir tuzak olan ALPHA-g’yi inşa ettiğinde. 21. yüzyılda Galileo’nun hikayesine eşdeğer bir olayda, antimadde parçacıkları askıya alınıyor ve ardından tuzağa düşürülüyor. Galilei, Pisa Kulesi’nden nesneler bırakıyor.
Antimadde parçacıkları hareketlerini yavaşlatmak için soğutulur, bu da fizikçilere onları gözlemlemeleri ve ölçmeleri için değerli zaman kazandırır. 2021 yılında ALPHA işbirliği şunları başardıklarını duyurdu: Antihidrojeni neredeyse mutlak sıfıra kadar soğutun. “Antiatomların hareketini yavaşlatmak, özellikleri üzerinde daha hassas ölçümler yapmamızı sağlıyor. Günlük yaşamda, hızlı hareket eden şeyleri görmenin, yavaş hareket eden şeyleri görmekten daha zor olduğunu hayal edebilirsiniz.” Kanadalı parçacık fizikçisi Makoto Fujiwara, zafer Parçacık hızlandırıcı ekibi o sırada Gizmodo’ya söylemişti. “Aynı şey kuantum fiziğinde de oluyor…. Belirli bir özelliği gözlemlemek için ne kadar çok zamanınız varsa, ölçümünüz o kadar kesin olur.”
Soğuyan antihidrojen manyetik tuzaktan kaçarken parçacıklar dikey bir vakum odasına girdi; parçacıklar odanın kenarlarına veya uçlarına (yani normal maddeye) temas ederse yok oluyorlardı. Araştırmacılar manyetik alanın gücüyle oynadılar, ancak odanın her iki tarafındaki alanlar dengelendiğinde antimadde parçacıklarının yaklaşık %80’inin tuzağın dibine doğru yok olduğunu buldular. Yani yerçekimi onları oraya getirdi.
Kütle çekiminin sıradan şeyleri etkilediği gibi maddeyi de etkilemesi iyi bir şey; eğer öyle olmasaydı, fizikçilerin standart model için oldukça temel bir şeyi gözden kaçırdıkları anlamına gelirdi. Antimaddenin yerçekiminden sıradan maddeyle aynı şekilde etkilenip etkilenmediği henüz belli değil, ancak etkilendiği gerçeği hem Einstein’ı hem de standart modeli doğruluyor.
Ancak gizemler devam ediyor. Antihidrojenin kütleçekimsel ivmesinin büyüklüğü kesin olarak ölçülemedi, ancak gelecekteki bu tür deneylerin temellerini oluşturdu. Bu daha soğuk atomlarla bile yapılabilir ve zayıf eşdeğerlik ilkesi daha iyi anlaşılır. Ve en küçük parçacıkların kütlelerinin ötesinde, yani aşağıda, en azından bildiğimiz haliyle, yerçekiminin etkisinin ötesinde görünen kuantum alemi var.
Perspektiften bakıldığında, uzun süredir şüphelenilen bir şeyin doğrulanması, fizikçilerin doğadaki kuvvetler ve parçacık fiziği konusundaki anlayışında sadece küçük bir adım gibi görünüyor. Ancak bebek adımları atılması gereken en önemli adımlardır.
Daha fazla: Fizikçiler, Antimaddenin Galaksimizde Kolaylıkla Seyahat Edebileceğini Söyledi
